太酷了!3D列印告訴你病毒到底長什麼樣

　　看不見，摸不著，卻能讓植物、動物和人生病，還能快速傳染引發可怕疫情的病毒到底長什麼樣，你知道麼？

　

病毒模型組成的太陽系

　　利用最新的3D列印技術，中國科學院武漢病毒研究所由中科院科普項目提供支持，利用病毒結構生物學的科研成果，製作了幾種有代表性的病毒模型，復原了病毒結構的真實形貌，為大家了解病毒提供了最直觀生動的材料。下面就來一起欣賞一下大自然和設計師們的傑作吧！

　　病毒的發現

　　人類發現的第一個病毒是菸草花葉病毒（TMV）,引起菸草的花葉病，是一種單鏈RNA病毒。1886年，在荷蘭工作的德國人麥爾把患有花葉病的菸草植株的葉片加水研碎，取其汁液注射到健康菸草的葉脈中，能引起花葉病，證明這種病是可以傳染的。

被菸草花葉病毒感染的葉片和病毒的負染電鏡照片

　　通過對葉子和土壤的分析，麥爾指出菸草花葉病是由細菌引起的。1892年，俄國的伊萬諾夫斯基重複了麥爾的試驗，進一步發現患病菸草植株的葉片汁液通過細菌過濾器後還能引發健康的菸草植株發生花葉病，但伊萬諾夫斯基將其解釋為是由於細菌產生的毒素而引起。1898年,荷蘭細菌學家貝傑林克同樣證實了麥爾的觀察結果。他把菸草花葉病株的汁液置於瓊脂凝膠塊的表面，發現感染菸草花葉病的物質在凝膠中以適度的速度擴散，而細菌仍滯留於瓊脂的表面。貝傑林克指出引起菸草花葉病的致病因子有三個特點：1，能通過細菌過濾器；2，僅能在感染的細胞內繁殖；3，在體外非生命物質中不能生長。根據這幾個特點他提出這種致病因子不是細菌，而是一種新的物質，稱為「有感染性的活的流質」，並取名為病毒，拉丁名叫Virus。神奇的病毒「誕生」了！幾乎是同時，德國細菌學家勒夫勒和費羅施發現引起牛口蹄疫的病原也可以通過細菌濾器，從而再次證明伊萬諾夫斯基和貝傑林克的重大發現。

　　代表性的病毒模型 

　　1. 菸草花葉病毒（Tobacco mosaic virus, TMV） 

　　菸草花葉病毒長杆狀，長約300納米，直徑18納米，核衣殼蛋白呈螺旋狀排列，核酸為單鏈RNA。菸草花葉病毒可侵染30科310多種植物，尤其是菸草及其他茄科植物，引起菸草花葉病等病害，受害植株葉上出現花葉症狀，生長不良，葉畸形。TMV在世界範圍內廣泛分布，我國山東、河北、山西、四川、北京、上海等地均有報導發現。TMV通過病苗與健苗摩擦或農事操作再侵染，另外蝗蟲、煙青蟲等咀嚼式口器的昆蟲也可傳播TMV。

　　3D模型展示了菸草花葉病毒的部分結構，藍色為病毒衣殼蛋白，紫色是遺傳物質RNA，整體具有螺旋排列的規則結構，呈現長杆狀。  

　　2. 脊髓灰質炎病毒（Poliovirus） 

　　脊髓灰質炎病毒常侵犯中樞神經系統，損害脊髓前角運動神經細胞，導致肢體鬆弛性麻痺，多見於兒童，故又名小兒麻痺症。大家小時候都吃過糖丸，就是脊髓灰質炎病毒疫苗，由於長期廣泛得接種疫苗，我國脊髓灰質炎病毒已經得到很好的控制，發病率大大降低。  

　　脊髓灰質炎病毒屬於微小核糖核酸（RNA）病毒科。脊髓灰質炎病毒侵犯人體主要通過消化道傳播。在電鏡下呈球形顆粒相對較小，直徑20～30nm，呈立體對稱12面體。病毒顆粒中心為單股正鏈核糖核酸，外圍32個衣殼微粒，形成外層衣殼，此種病毒核衣殼體裸露無囊膜。

　　人是脊髓灰質炎病毒的唯一天然宿主，這是因為在人細胞膜表面有一種受體，與病毒衣殼上的結構蛋白VP1具有特異的親和力，使病毒得以吸附到細胞上。

　　上圖中的長條觸角就是細胞受體，可以與病毒表面的結構蛋白結合，促使病毒侵染細胞。 

　　同時，我們模擬了脊髓灰質炎病毒的自組裝結構，通過磁鐵，可以將12塊獨立的病毒結構蛋白組件拼裝成完整病毒顆粒。

 

　 

　　3. B肝病毒（Hepatitis B virus, HBV）

　　B型肝炎病毒簡稱B肝病毒。是一種DNA病毒，屬於嗜肝DNA病毒科。我國的B肝病毒感染率約60%-70%；B肝表面抗原攜帶率約佔總人口的7.18%，以此計算，全國約有9300萬人攜帶B肝病毒，其中慢性B型肝炎患者約2000萬例。

　　此圖為B肝病毒核衣殼，正二十面體，由核心抗原組成。

 

　　該核衣殼由12個亞基組裝而成，每個亞基由5個4聚體組裝，每個4聚體由4個核心抗原蛋白組裝，共240個核心抗原（HBcAg）。

　　完整B肝病毒的最外層由三種B肝表面抗原（HBsAg，紅色）以及囊膜（黃色）組成。 

囊膜內部包裹了由核心抗原組裝成的核衣殼（HBcAg，白色）。

 

核衣殼內部包裹了病毒的遺傳物質DNA（藍色）和複製基因的DNA聚合酶（紫色）。 

　　B肝小科普：

　　B型肝炎病毒（HBV）攜帶者：指HBV表面抗原（HBsAg）陽性，也就是能檢測到紅色蛋白，但肝功能正常的患者。

　　大三陽、小三陽是根據患者HBV血清學標誌物（B肝五項）的不同來劃分：  

　　1. 大三陽指HBsAg+、HBeAg+、抗-HBc+，也就是能檢測到紅色蛋白、類似白色蛋白（HBeAg和白色蛋白類似，病毒複製活躍時較多）和白色蛋白的抗體。

　　2. 小三陽指HBsAg+、抗-HBe+、抗-HBc+，也就是能檢測到紅色蛋白、類似白色蛋白的抗體和白色蛋白的抗體。

　　可以看出，兩者的區別就是HBeAg還是其抗體陽性。一般HBeAg+代表病毒複製活躍，HBV DNA載量較高，因此患者的體液中HBV DNA檢測往往也是陽性，傳播給別人的風險較高。註：+代表陽性。

　　HBsAg、抗-HBs、HBeAg、抗-HBe、抗-HBc為B肝檢測五項。

　　抗-HBs和抗-HBc為陽性一般為接種過B肝疫苗。

　　4. 寨卡病毒（Zika virus, ZIKV）

　　寨卡病毒最近是2015-2016年在巴西出現一次爆發，造成了大量嬰兒小頭症，引起全球恐慌的一種蚊媒黃病毒。

　　寨卡病毒病的潛伏期（從接觸到出現症狀的時間）並不明確，但可能為幾天。疾病症狀與登革熱等其它蟲媒病毒感染類似，包括發熱、皮疹、結膜炎、肌肉和關節疼痛、渾身虛弱和頭痛。這些症狀往往較輕，持續2-7天。

　　寨卡病毒通過受感染的伊蚊屬蚊子，主要是熱帶地區的埃及伊蚊叮咬傳播給人。伊蚊一般在白天叮咬，以清晨和傍晚/晚間為高峰期。這種蚊子也傳播登革熱、基孔肯雅熱和黃熱病。寨卡病毒還可能存在性傳播。目前在調查其它傳播方式，如通過輸血傳播等。

　　寨卡病毒本身並沒有太大危害性，80%的成年感染者幾乎沒有症狀，20%的患者也只有輕微感冒發燒等症狀，但感染寨卡病毒的孕婦會傳播給嬰兒，影響嬰兒大腦發育，引起小頭症。

 

　　寨卡病毒屬於黃病毒科黃病毒屬。黃熱病毒是人類歷史上發現的第一個人類病毒（發現的第一種病毒是菸草花葉病毒），於1900年發現，證實由蚊子傳播。

 

　　寨卡病毒直徑50納米，最外層是組裝規則的膜蛋白E（藍色），內部由脂質膜形成包裹（灰色）。

 

　　而膜上有小膜蛋白M（青綠色），膜包裹的核心是衣殼蛋白（綠色）與基因組RNA（深藍）。 

登革熱病毒，西尼羅河病毒，腺病毒，噬菌體（頭部），細小病毒，皰疹病毒，B肝病毒（核衣殼）。 

　　屆時這些3D列印作品將會在中國病毒標本館面對公眾開放展示。歡迎關注並和我們一起探索病毒的奧秘！